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叶绿素（Chlorophyll）是普遍存在具光合作用能力生物中，主要反射绿光的光合色素的合称，并可依照其吸收波段被分为叶绿素a, b, c及d。
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光合作用的第一步是光能被叶绿素吸收并将叶绿素离子化。产生的化学能被暂时储存在三磷酸腺苷(ATP)中，并最终将二氧化碳和水转化为氧气和碳水化合物。叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱较为接近，两者在堇紫光（430~480nm）和红光区（640~660nm）都有一吸收高峰，叶绿素ab对绿光的吸收很少，所以呈绿色。[1]
并非只有叶子才有叶绿素，叶柄的薄壁细胞都有叶绿素的存在。就是在一片叶子之中，也并非只有叶肉细胞有叶绿素，维管束鞘和保卫细胞都有叶绿素。当秋天渐渐来临，日照时间和空气适度都逐渐变少时， 一层在叶柄和树的木质部的细胞就慢慢形成了(形成层:在韧皮部与木质部间)。这层细胞妨碍了水和养料的输送，因此光合作用减产了，没有了叶绿素的叶子在短时间内就变成其他颜色了。
叶绿素是二氢卟吩色素，结构上和卟啉色素例如血红素（常见者，中心有一铁原子）类似。在二氢卟吩环的中央有一个镁原子。叶绿素有多个侧链，通常包括一个长的植基。以下是自然界中可以找到的几种叶绿素：
| 叶绿素a | 叶绿素b | 叶绿素c1 | 叶绿素c2 | 叶绿素d | 叶绿素f | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 分子式 | C55H72O5N4Mg | C55H70O6N4Mg | C35H30O5N4Mg | C35H28O5N4Mg | C54H70O6N4Mg | C55H70O6N4Mg |
| C2 团 | -CH3 | -CH3 | -CH3 | -CH3 | -CH3 | -CHO |
| C3 团 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CHO | -CH=CH2 |
| C7 团 | -CH3 | -CHO | -CH3 | -CH3 | -CH3 | -CH3 |
| C8 团 | -CH2CH3 | -CH2CH3 | -CH2CH3 | -CH=CH2 | -CH2CH3 | -CH2CH3 |
| C17 团 | -CH2CH2COO-Phytyl | -CH2CH2COO-Phytyl | -CH=CHCOOH | -CH=CHCOOH | -CH2CH2COO-Phytyl | -CH2CH2COO-Phytyl |
| C17-C18 键 | 单键 | 单键 | 双键 | 双键 | 单键 | 单键 |
| 存在 | 普遍存在 | 陆生植物与绿藻、轮藻等 | 多种藻类 | 多种藻类 | 一些红藻 | 某些蓝藻 |
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紫罗兰叶片的绿色区域包含叶绿素而白色区域无叶绿素存在。将一片脱去淀粉的紫罗兰叶片放在阳光下数小时之后用碘试剂检测，可以发现只有叶片上绿色的区域变色而白色区域没有，也就是说只有绿色区域有淀粉存在。这显示了光合作用在缺乏叶绿素的情况下无法进行，叶绿素存在是光合作用的必要条件。叶绿素 a 为主要进行光反应的色素，故又称主色素，其余色素则可吸收光能传递给叶绿素 a 进行光反应，故叶绿素 b、类胡萝卜素及叶黄素等色素又称辅助色素。
叶绿素最早是由约瑟夫·比埃纳姆·卡文图和皮埃尔·约瑟夫·佩尔蒂埃于1817年分离并命名的。1906年，叶绿素中镁的存在被发现，这是该元素在活组织中的首次检测。
在德国化学家理查德·威尔施塔特于1905年至1915年完成初步工作后，汉斯·费舍尔于1940年阐明了叶绿素a的一般结构。到1960年，当叶绿素a的大部分立体化学结构已知时，罗伯特·伯恩斯·伍德沃德发表了该分子的全合成。1967年，伊恩·弗莱明完成了最后剩下的立体化学阐明，1990年，伍德沃德和合著者发表了更新的合成。2010年，叶绿素f被宣布存在于蓝藻和其他形成叠层石的产氧微生物中。
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